自主可控的數據存儲系統開發

吳洪成+金亮亮

當前信息系統對數據安全的要求不斷增加，其數據存儲系統愈加重要，國產化尤其是國產處理器勢在必行。這幾年，國內CPU自主研發進展也較快，如申威、龍芯、飛騰等CPU器件，在性能上已經得到大幅提升。因此，筆者在此提出一種基于國產處理器的數據存儲系統，立足于國產申威處理器為基礎的自主研發的服務器、盤陣，采用萬兆網絡組網，部署與運行自主開發的存儲軟件平臺，構成一整套自主可控、高性能、安全可靠的數據存儲系統，為信息系統的“自主可控、安全可信、高效可用、好用”可起到重要支撐作用。

系統構架設計原理

按照信息系統“以網絡為中心，面向服務”的架構發展趨勢，基于國產處理器的數據存儲系統在對數據的采集、交換、存儲、處理以及應用等方面進行統一規劃，并著重考慮數據安全可靠存儲的基礎上，圍繞以網絡為中心的數據策略，對數據管理、交換、服務進行研究。

組成原理

基于國產處理器的數據存儲系統的組成，主要包括數據訪問服務器、數據管理服務器、存儲陣列及相關配套的交換機（萬兆網絡）。（如圖1所示）

數據存儲系統的核心設備如數據訪問服務器、數據管理服務器、存儲陣列等，都采用基于國產化CPU（申威處理器）的自主研制開發的計算服務平臺，并適配國產化操作系統及應用，服務器實現從處理器、平臺設計到軟件系統的自主可控。

主要功能

基于國產處理器的數據存儲系統在國產自主計算機系統架構設計、國產軟、硬件兼容適配、系統性能優化、系統可靠性及穩定性設計、集群高可用管理、監控管理等技術攻關基礎上完成設計與實現。

該系統針對小型系統應用、記錄轉儲、私有云進行性能優化，提供高速訪問、高速導入導出能力；為保障數據安全可靠，支持多種備份手段；實現統一的、多樣化的數據服務；完善鑒權加密機制；支持多中心訪問及備份以及動態重構及擴展。

基于國產處理器的服務器

在基于國產處理器的數據存儲系統中，數據訪問服務器、數據管理服務器采用自主研制開發的計算服務平臺，并適配國產化嵌入式操作系統及應用。

服務器硬件平臺采用國產處理器申威4核64位處理器（SW410），配有板載嵌入式GPU和存儲單元，通過高帶寬PCIe總線擴展IO，具有高處理性能、高帶寬和高可靠性等特點；支持多存儲控制器交換式架構，提供對主要存儲總線、交換總線、網卡、加密設備等的驅動支持。

基于國產處理器的存儲陣列

自主可控存儲陣列由國產化主控模塊（基于國產處理器平臺）、磁盤盤陣、高速接口模塊、PCIe交換模塊、RAID控制模塊組成。

存儲陣列硬件平臺借鑒基于國產處理器的服務器的設計思路，仍采用國產化處理器申威4核64位處理器（SW410），配有板載嵌入式GPU和存儲單元，同時適配國產化中標麒麟操作系統及國產化數據庫、中間件。

目前，基于國產處理器的存儲陣列已實現了2U、3U、4U等不同的機箱形式，可掛載12盤位、16盤位、24盤位、36盤位，實現數據讀寫訪問能力600MB/s以上，容量（單柜，每盤4TB）最大支持144TB的數據盤陣。

自主存儲軟件平臺

自主存儲軟件平臺為數據存儲系統的研制提供支撐，并提供多樣化的數據服務。自主存儲軟件平臺通過開放的分布式架構設計提供可擴展、可重構、高可靠、高安全的數據存儲、管理、服務運行環境，進一步提高數據存儲系統的自主可控能力。自主存儲軟件平臺總體框架如圖2所示。

自主存儲操作系統

自主存儲操作系統平臺集成自主存儲軟件，運行在自主研制的自主可控服務器上，共同構成自主存儲陣列產品。

分布式存儲平臺軟件

分布式存儲平臺軟件部署在多臺自主存儲陣列產品上（基于自主存儲操作系統），將這些多存儲陣列結合為一個整體，實現存儲資源統一管理、并行存儲服務等功能，形成對象存儲系統、高性能并行存儲系統產品。

數據服務軟件

根據國產化存儲陣列的特點，并結合相應特殊應用的需求，自主研制了對應的數據服務軟件。數據服務軟件包括三個部分：數據管理服務軟件、海量數據高速轉儲服務軟件、海量數據Web服務軟件。

數據管理服務軟件：數據管理服務軟件實現數據管理、數據轉儲/歸檔、數據Web服務等，其形態為相對獨立的軟件模塊，可集成到自主存儲陣列、分布式存儲系統中實現多種數據服務，并可根據用戶的需求進行定制，例如實現情報數據轉儲、情報數據Web服務等。

海量數據高速轉儲服務軟件：海量數據轉儲服務軟件，提供海量數據的高速導入和導出接口，可充分根據數據特點優化數據存儲結構與歸檔方式，加快查詢效率。

海量數據Web服務軟件：海量數據Web服務軟件運行于存儲系統，為存儲系統增加基于Web的私有網盤服務，提供用戶可視化的人機訪問及查詢界面。軟件支持多用戶的數據上傳、下載、共享、查詢、分類管理等功能。

安全機制、安全保護及審計

在存儲系統原有安全機制的基礎上，采用多安全級強制訪問控制、加密、審計等安全機制，并融入到平臺的相關存儲訪問、數據存儲、存儲備份、終端訪問各環節，在保證計算、傳輸、存儲性能的前提下實現多級安全機制緊密耦合一體化技術，提供安全防護能力。

對外應用服務

基于國產處理器的數據存儲系統對外提供多種存儲服務，包括標準的iSCSI/NAS接口（可擴展支持FC、FCOE）、定制的數據訪問接口、定制的Web數據服務。

存儲接口服務

支持NAS存儲服務，支持包括CIFS、NFS文件共享訪問協議提供存儲服務；

支持IP-SAN存儲服務，支持iSCSI協議，提供基于網絡的虛擬盤服務；

支持分布式存儲服務，提供文件系統API接口，可實現對存儲系統進行并行文件訪問；

支持對象存儲服務，支持對象存儲接口，支持定制接口。

數據冗余/備份

支持存儲設備間的熱備存儲功能，設備間存儲空間可組成實時鏡像，提供高可靠、高可用的存儲服務；

支持RAID功能，支持RAID等級包括RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10；

支持存儲設備間文件副本備份功能。

系統管理服務

用戶通過使用瀏覽器登陸配置管理界面，查看系統狀態并對系統的空間劃分、虛擬卷、分布式存儲、網絡參數、用戶管理等進行配置和管理。

云存儲服務

系統可支持B/S方式的云存儲服務，用戶可通過瀏覽器對數據進行上傳、查詢、訪問，主要服務包括分布式存儲服務、網盤服務、海量數據管理服務和多中心數據查詢服務。

基于國產處理器的數據存儲統，采用國產化申威計算平臺、國產化存儲管理軟件、中間件，通過多臺服務器（4臺）、存儲機柜（3U，24盤位，6臺）的組網試驗，采用分布式數據存儲系統的分布式交換架構，將物理上多臺服務器、存儲陣列在邏輯上構成了統一的存儲空間。目前，該數據存儲系統的有效容量超過500TB，讀寫訪問帶寬達到3000MB/s（剔除疊加效應），并提供統一的數據存儲、訪問定制、范文等服務，具有良好的通用性、擴展性、可靠性和可用性。

未來，隨著國產處理器及國產操作系統的進一步發展，基于國產處理器的數據存儲性能將得到進一步提升，從而滿足大多數應用需求。

（作者單位：中國電子科技集團公司第五十二研究所）